Какво представляват гравитационните вълни?
Гравитационните вълни са промени в гравитационното поле, които се разпространяват
Поляризирана гравитационна вълна
В общата теория на относителността, както и вПовечето други съвременни показват, че гравитационните вълни се появяват от движението на масивни тела с променливо ускорение. Гравитационните вълни се разпространяват свободно в пространството със скоростта на светлината. Те са много малки по размер и трудно се регистрират.
За първи път са открити гравитационните вълнипрез септември 2015 г. два двойни детектора на обсерваторията LIGO, които откриха гравитационни вълни, вероятно резултат от сливането на две черни дупки и образуването на една по-масивна въртяща се черна дупка.
Всяка двойна звезда, тъй като нейните компоненти се въртятоколо общ център на масата губи енергия (както се предполага - поради излъчването на гравитационни вълни) и в крайна сметка се слива заедно. Но за обикновените некомпактни двойни звезди този процес отнема много дълго време, много по-дълго от сегашната възраст на Вселената.
Ако двойната компактна система се състои отдвойки неутронни звезди, черни дупки или комбинация от двете, сливането може да се случи след няколко милиона години. Отначало обектите се приближават един към друг и орбиталният им период намалява. След това, на последния етап, има сблъсък и асиметричен гравитационен колапс. Този процес продължава частица от секундата и през това време енергията се освобождава в гравитационното излъчване, което според някои оценки е повече от 50% от масата на системата.
Как се откриват гравитационните вълни?
Доста трудно е да се открият гравитационни вълни поради тяхната слабост. Устройствата за регистрирането им са детектори за гравитационни вълни. От края на 60-те години са правени опити за откриване.
Гравитационни вълни с откриваема амплитудасе раждат по време на колапса на двоен пулсар. Подобни събития се случват в близост до нашата галактика приблизително веднъж на десетилетие. Най-силните и най-честите източници на гравитационни вълни за гравитационните телескопи и антени са катастрофи, свързани с колапса на двойни системи в близките галактики. Очаква се в близко бъдеще няколко подобни събития годишно да бъдат регистрирани на подобрени гравитационни детектори, изкривявайки метриката в близост до Земята с 10−21—10−23.
Две тела, движещи се по кръгови орбити около общ център на масата
Нови начини за откриване на гравитационни вълни
През 2017 г. учени, провели експеримент подОбсерваторията за лазерна интерферометрична гравитационна вълна (LIGO) спечели Нобелова награда по физика за първото по рода си директно откриване на гравитационни вълни, получени от сливането на две черни дупки на около 1,3 милиарда светлинни години от Земята. Генерираните от този сблъсък вълни нарушават гравитационно-вълновия фон на Вселената и достигат до Земята.
В допълнение към такива еднократни силни смущения,което астрофизиците вече са се научили да поправят, има така наречения фон на гравитационните вълни - постоянен поток на гравитационното излъчване, който според теорията непрекъснато измива Земята.
Още една възможност за откриване на фонана гравитационните вълни, изпълващи Вселената, е високоточен момент на отдалечени пулсари - анализ на времето на пристигане на техните импулси, които се променят по характерен начин под действието на гравитационни вълни, преминаващи през пространството между Земята и пулсара.
Към 2013 г. точността на времето се оценява натрябва да се повиши с около един порядък, за да може да открие фонови вълни от много източници в нашата Вселена и тази задача може да бъде решена преди края на десетилетието. Но преминаването на гравитационна вълна трябва леко, с няколко наносекунди, да промени времето, в което тези изригвания се записват. По този начин, чрез точно проследяване на времето на отдалечените пулсари, теоретично е възможно да се открие фонът на гравитационните вълни на галактиката. Това се потвърждава от предварителните резултати от проекта NANOGrav.
Какви нови гравитационни вълни са открили учените?
Учените казаха, че са успели да открият признаци на постоянно гравитационно излъчване, което преминава през Вселената и изкривява тъканта на пространство-времето.
Открихме силен сигнал в нашия набор от данни. Все още не можем да кажем, че това са фонови гравитационни вълни, но целта ни се приближава.
Джоузеф Саймън, астрофизик и водещ автор на статията
Според авторите няма друга обсерваторияспособни да откриват гравитационни вълни на фона, тъй като те са фокусирани върху търсенето на еднократни събития с продължителност няколко секунди. Като част от експеримента учените проследяват 45 пулсара в продължение на няколко години - и вече са открили признаци на леки промени в тяхната честота. Пулсарите могат да се сравнят с галактическите фарове, които са постоянно на едно и също място.
Ние търсим вълни, които продължават години или десетилетия.Според теорията галактическите сливания и други космологични събития причиняват постоянен изблик на огромни гравитационни вълни. Отнема години или дори повече, за да премине една такава вълна покрай Земята. Поради тази причина никакви други съществуващи експерименти не могат да ги открият директно.
Джоузеф Саймън, астрофизик и водещ автор на статията
Променящите се гравитационни вълни се променятстабилен модел на светлина, излъчвана от пулсари, увеличаваща или свиваща относителните разстояния, които тези лъчи изминават през космоса. С други думи, учените могат теоретично да открият фона на гравитационните вълни чрез проследяване на корелирани промени във времето на пристигане на пулсарната радиация на Земята.
Какво правят тези гравитационни вълни?
Преминаващите гравитационни вълни се променятстабилен модел на светлина, излъчвана от пулсари, увеличавайки или компресирайки относителните разстояния, които тези лъчи изминават през пространството. С други думи, учените биха могли теоретично да открият фона на гравитационните вълни чрез проследяване на корелирани промени във времето на пристигане на пулсарното излъчване на Земята. Това обаче не е достатъчно за категорични заключения. Затова астрономите обявиха планове за създаване на IPTA, мрежа от инструменти, която ще направи възможно откриването на такива отклонения за голям брой пулсари.
Откриването на фона на гравитационната вълна ще бъдеголяма стъпка напред, но само първа стъпка. Следващият етап ще бъде откриването на техните източници, а след това - всичко ново, което могат да ни кажат за Вселената.
Джоузеф Саймън, астрофизик и водещ автор на статията
Прочетете още
Изследвания: хората няма да могат да контролират свръхинтелигентни машини с изкуствен интелект
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат
Вижте най-красивите снимки на Хъбъл. Какво е видял телескопът за 30 години?